充電輥的製作方法

2023-06-06 23:13:11 4

專利名稱：充電輥的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種充電輥，並且更具體地，涉及一種在接觸充電部件中使用的充電輥，該接觸充電部件施加電壓至與電子照相感光部件接觸的導電部件，以將電子照相感光部件表面充電至預定的電勢。
背景技術：
儘管很多方法作為電子照相方法已被提出，通常使用的方法具有以下處理電潛像通過使用光導物質、通過各種方法形成在感光部件上，在通過使用調色劑顯影潛像以形成可見圖像、以及根據需要將調色劑圖像轉印到轉印介質例如紙上之後，該調色劑圖像通過熱、壓力等被定影在轉印介質上，以獲得複製物。這裡，殘留在感光部件上而沒有被轉印到轉印介質上的調色劑顆粒通過清潔步驟從感光部件上去除。
傳統地，電暈充電器(corona charger)被用作電子照相用充電裝置。近年來，代替該電暈充電器，接觸充電部件已經進入實際應用中。該裝置旨在低臭氧和低能量消耗，並且在這種類型的裝置中，特別地，從充電穩定性的角度出發，導電輥被用作其充電部件的輥充電系統已被令人滿意地使用。
在該輥充電系統中，使導電彈性輥與待充電的部件壓力接觸，以便電壓被施加至該部件；這樣，實現對待充電部件的充電過程。
更具體地，因為充電過程是通過從充電部件放電至待充電部件而實現，該充電過程通過施加超過一定閾值的電壓而開始。例如，當使充電輥與具有25μm厚度的光導層的有機感光部件(OPC感光部件)壓力接觸時，在施加按絕對值大約640V或更高的電壓時，表面電勢開始升高，此後，感光部件表面電勢相對於所施加的電壓以1為斜率線性升高。在下文中，該閾電壓值被定義為充電起始電壓Vth。
換句話說，為獲得電子照相所需的感光部件表面電勢Vd，該充電輥需要DC電壓，Vd+Vth，該電壓比圖像形成過程本身所需的電壓高。這種施加僅僅DC電壓給接觸充電部件來實現充電過程的方法被稱為DC充電。
但是，在DC充電中，因為接觸充電部件的電阻值易於因為環境變化等而變化，或者因為當厚度由於感光部件磨損而變化時Vth波動，結果是難以將感光部件的電勢設定至所期望的值。
因此，為了進一步獲得充電的均勻性，使用AC+DC充電系統，該系統將通過具有高於2×Vth的峰-峰電壓的AC分量疊加至對應於所期望的Vd的DC電壓上而產生的電壓施加至接觸充電部件。該系統，旨在通過使用AC來的電勢的均平效應(equalizing effect)，會聚待充電部件的電勢至達到AC電壓峰值的中央的Vd，使得該電勢幾乎不受環境擾動等的影響。
關於用於充電的導電部件，例如，已提出一種通過使用導電無縫管在導電支撐部件上形成表面層的部件(見美國專利No.4,967,231說明書)。此外，由氟樹脂製成的無縫管(見日本特開平No.H05-2313)和由具有不同導電性質的層構成的多層管(見日本特開平No.H05-96648)已被公開。關於製造充電部件的方法，上述的傳統技術包括通過使用插入處理形成充電部件的方法。此外，已提出使用十字頭擠出機(cross-head extruder)的表面形成方法(見日本特開平No.H06-58325)。
在通過使用無縫管形成充電輥的方法中，甚至當發泡材料被用作在基體部件上的彈性體層時，該發泡材料進一步覆蓋有該無縫管，使得能夠形成光滑面，以提供更為均勻的充電過程。
關於使無縫管具有導電性的方法，總體上，已提出了將其中鹽用作導電劑的離子導電方法、和將材料例如炭黑、導電金屬氧化物和金屬粉末用作導電劑的電子導電方法。當導電性由離子導電賦予時，出現這樣的問題電阻值易於由於環境而劇烈波動，並且因為鹽與電子照相感光部件接觸而使鹽易於汙染感光部件。因此，在本發明中，炭黑被用作導電劑。
但是，當生產使用熱塑性樹脂作為基體材料的無縫管時，電阻由於管膨脹和收縮而變化，該管膨脹和收縮是由在覆蓋該管時形成基體層的發泡層的尺寸所引起的。出現另一個問題，因為管膨脹或者收縮和電阻變化，其由於伴隨環境的變化或時間推移，形成基體層的發泡層的影響。

發明內容
因此，本發明的目的是提供充電輥，該充電輥能夠針對輥的膨脹和收縮而將電流值變化控制在較小程度，並且提供穩定、優越、均勻的充電性質和圖像質量。
也就是說，本發明提供包含至少支撐部件和導電覆蓋部件的充電輥，其中該導電覆蓋部件由無縫管構成，該無縫管包括至少(1)非極性樹脂或彈性體，和(2)極性樹脂或彈性體。
在本發明中，由於含有上述材料，使提供能夠減少因為管的膨脹和收縮引起的電阻值變化的充電輥成為可能，並且獲得穩定、優越、均勻的充電性質和圖像質量。


圖1是示出根據本發明的充電輥的結構的圖。
圖2是示出SUS棒直徑與輥電流值之間關係的圖。
圖3是示出SUS棒直徑和輥電流值之間關係的圖。
具體實施例方式
以下對本發明進行更為詳細地說明。
本發明的導電覆蓋部件作為無縫管被生產，該無縫管由非極性樹脂或彈性體、極性樹脂或彈性體、和作為導電劑的炭黑構成。在(1)非極性樹脂或彈性體與(2)極性樹脂或彈性體之間的質量比設定在95∶5-20∶80的範圍內。
關於該非極性樹脂或彈性體，它的例子包括苯乙烯類熱塑性彈性體，具體包括聚(苯乙烯-氫化丁二烯-結晶烯烴)三元嵌段共聚物(SEBC)、聚(苯乙烯-氫化丁二烯-苯乙烯)三元嵌段共聚物(SEBS)、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)三元嵌段共聚物(SBS)、聚(苯乙烯-氫化異戊二烯-苯乙烯)三元嵌段共聚物(SEPS)和聚(苯乙烯-乙烯基異戊二烯-苯乙烯)三元嵌段共聚物。
該極性樹脂包括含有至少氮或氧的鍵。該鍵包含選自於由氨基甲酸乙酯類、醯胺類、酯類、丙烯醯基類和醚類鍵所組成的集合中的至少一種鍵。對於極性樹脂或彈性體，它的例子包括聚氨酯、聚醯胺、聚酯、聚乙烯醇、聚(醚-酯)共聚物、聚(氨酯-醚)共聚物、聚(醯胺-醚)共聚物和聚(氨酯-酯)共聚物。
具有極性官能團的苯乙烯共聚物的極性官能團是含有至少氮或氧的官能團。該極性官能團是選自於由腈基、氨基、環氧基、乙烯基、酚基、羰基和羧基所組成的集合中的至少一個成員。關於具有極性官能團的苯乙烯共聚物，它的例子包括聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)三元嵌段共聚物(ABS)、聚(丙烯腈-苯乙烯)嵌段共聚物(AS)、聚(丙烯腈-乙丙橡膠-苯乙烯)嵌段共聚物(AES)、聚碳酸酯樹脂、酚樹脂、聚(苯乙烯-丁二烯環氧)共聚物(ESBS)和聚(苯乙烯-酯)共聚物。
上述兩種組分的適當含量比例取決於材料，並且當苯乙烯類熱塑性彈性體的比例變得過量時，減少針對膨脹的電阻改變的效果降低。相反，當具有極性官能團的苯乙烯共聚物的比例變得過量時，作為彈性體的性質被削弱，結果是出現這樣的問題因為在覆蓋過程中，由於沒有彈性而導致管破裂或出現裂縫，使其難以用作充電輥。
另外，為了改善上述材料的兼容性，如果需要，可以使用兼容性增強劑。
用於提供導電性的炭黑相對於(1)非極性樹脂或彈性體與(2)極性樹脂或彈性體的總質量，以10-60％質量的量使用，更優選地20-40％質量。在炭黑的比例小於10％質量的情況下，當通電使用時，電阻的升高變大，並因此產生因為作為充電輥的耐久性劣化的問題。相反，當炭黑的比例大於60％質量時，管變得過於硬，導致彈性性能降低而引起覆蓋失敗。
關於炭黑的類型，可以使用任何炭黑，只要導電覆蓋部件的電阻值被設定在1×106到1×1011Ω·cm且滿足上述含量範圍即可，並且兩種或者更多種炭黑可被混合併使用。
關於在本發明中的炭黑，它的商業產品的例子包括Ketchenblack(Lion Akzo Co.，Ltd.製造)、Printex、Special Black、ColorBlack(Degussa Industries，Inc.製造)、BLACK PEARLS(CabotCorp.製造)、Asahi Carbon(Asahi Carbon Co.，Ltd.製造)、Mitsubishi carbon(Mitsubishi Chemical Corporation製造)、Denka black(Denki Kagaku Kogyo K.K.製造)、Sheast andToka Black(其由Tokai Carbon Co.，Ltd.製造)。
關於其它添加劑，如果需要，使用導電填料、抗氧化劑、軟化劑、塑化劑、增強劑、填充劑等。關於導電填料，上述炭黑可被用作必要組分，向其中加入石墨和金屬氧化物。關於金屬氧化物，它的例子包括氧化鈦和氧化鉛。
本發明的形成導電覆蓋層的無縫管的製造方法可以按以下步驟進行首先，非極性樹脂或彈性體、極性樹脂或彈性體、和炭黑與必需的添加劑一起混合併捏和，並隨後形成為小球；接著，通過使用擠出成型機(extrusion molding machine)，將所得到的小球形成無縫管；然後，支撐部件以這樣成型的無縫管覆蓋，從而形成導電部件。
在用無縫管覆蓋支撐部件中，例如，可以使用下面的方法使無縫管的內徑大於將被覆蓋的支撐部件的外徑，使得通過使用物理或化學方法，例如熱，使管收縮以適合支撐部件，或者使無縫管的內徑小於將被覆蓋的支撐部件的外徑，使得通過使用物理或化學方法，例如氣壓，使管受壓並膨脹以適合那裡。根據本發明，因為適於生產的無縫管如上所述獲得，因而能製備具有良好特性的導電部件。
儘管沒有特別限定，本發明的無縫管的厚度優選設置在100-600μm的範圍內。而且，可以使用多層同時成型的管。
以下說明將討論可在本發明中使用的將被覆蓋的支撐部件的結構、材料或製造方法。
作為其形式，使用彈性輥。關於它的材料，金屬例如鐵、銅和不鏽鋼，碳分散樹脂，或者金屬或金屬氧化物分散樹脂可被作導電基體；關於其形狀，可以使用棒形、盤形等。關於彈性輥的結構，例如，使用通過在導電基體上放置彈性層，在其上進一步形成導電層或電阻層而形成的輥，並且彈性層可以通過使用橡膠例如氯丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、EPDM橡膠、聚氨酯橡膠、環氧橡膠和丁基橡膠，或海綿，或熱塑性樹脂例如苯乙烯-丁二烯、聚氨酯、聚酯和乙烯乙酸乙烯酯樹脂形成。這些橡膠和樹脂可以包含導電劑，例如炭黑、金屬和金屬氧化物顆粒。
對於導電層，例如，可以使用金屬蒸鍍膜、導電粒子分散樹脂、導電樹脂等，其具體的例子包括由鋁、銦、鎳、銅或鐵製成的蒸鍍膜，關於導電粒子分散樹脂，其例子包括分散樹脂，其中導電粒子例如碳、鋁、鎳或氧化鈦分散在樹脂例如聚氨酯樹脂、聚酯樹脂、乙酸乙烯酯-氯乙烯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯樹脂中。關於導電樹脂，它的例子包括含有季銨鹽的聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯基苯胺、聚乙烯基吡咯、聚丁二炔和聚乙烯亞胺。
對於電阻層，例如，可以使用導電樹脂和導電粒子分散絕緣樹脂。作為導電樹脂，使用樹脂例如乙基纖維素、硝酸纖維素、甲氧基甲基化尼龍、乙氧基甲基化尼龍、共聚尼龍、聚乙烯醇(polyvinyl hydrin)和酪蛋白。導電粒子分散樹脂的例子包括通過將少量導電粒子例如碳、鋁、氧化銦和氧化鈦分散到絕緣樹脂例如聚氨酯樹脂、聚酯樹脂、乙酸乙烯酯-氯乙烯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯中而製備的材料。
根據本發明的構造的具有支撐部件和無縫管的充電輥在生產穩定性方面優越，並且穩定地提供已被認為難以在穩定方式中生產的中阻抗區域。
圖1顯示根據本發明的充電輥1』的結構的例子。在圖1中，附圖標記1代表導電基體，2代表彈性體層，3代表覆蓋層，3(i)代表導電層，以及3(o)代表在本發明中的導電覆蓋層。這裡，導電基體1、彈性體層2和導電層3(i)合起來被稱為支撐部件。
實施例以下說明將具體討論根據本發明的覆蓋層的形成。在下面的實施例和對比例中，提及的份以質量計。
實施例1-1在本實施例中，作為以無縫管的形式覆蓋支撐部件的導電覆蓋部件的材料，使用40份苯乙烯類熱塑性彈性體(Dinaron4600P，JSR Co.，Ltd.製造)和60份醯胺類熱塑性彈性體(Pebax4033，Atofina Japan K.K.製造)，並且向其中進一步加入40份炭黑(Toka Black#4300Tokai Carbon Co.，Ltd.)、10份氧化鎂和1份硬脂酸鈣。
在上述材料已在20℃-220℃通過使用加壓式捏和機(pressurization-type kneader)熔化捏和之後，得到的混合物被冷卻並由粉碎機粉碎，然後通過使用單軸擠出機(single-axisextruder)在140-200℃造粒，以製造導電覆蓋部件(導電覆蓋層)用的小球。
對於雙色管的管內層，16份Ketchen Black EC、10份氧化鎂和1份硬脂酸鈣被加入100份熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)中，並且得到的混合物通過使用加壓式捏和機在180℃捏和15分鐘，並且在已被冷卻並磨碎後，通過使用造粒擠出機而形成小球。
使用如上所述的導電覆蓋層用小球和管內層用小球，藉助於具有內徑φ16.5mm的模和外徑φ18.5mm的尖端的雙色擠出機進行擠出成型，接下來被確定尺寸(sizing)和冷卻，這樣形成具有內徑φ11.1mm、外層厚度100μm和內層厚度400μm的無縫管。
實施例1-2進行與在實施例1-1中相同的步驟，除了使用酯類熱塑性彈性體(Hitrel 3046，DuPont-Toray Co.，Ltd.製造)代替醯胺類熱塑性彈性體作為導電覆蓋部件用材料以生產小球。使用這些小球和在實施例1-1中生產的內層用小球，無縫管按與在實施例1-1中相同的方式形成。
對比例1-1進行與在實施例1-1中相同的步驟，除了使用60份耐衝擊聚苯乙烯(HIPS 9152，PS Japan Co.，Ltd.製造)代替醯胺類熱塑性彈性體作為導電覆蓋部件用材料，並且炭黑的添加量從40份改變為30份，生產小球。使用這些小球和在實施例1-1中製造的內層用小球，無縫管按與在實施例1-1中相同的方式形成。
實施例2-1作為導電覆蓋部件用材料，使用60份苯乙烯類熱塑性彈性體(Dinaron 4600P，JSR Co.，Ltd.製造)和40份丙烯腈-苯乙烯共聚物樹脂(SAN-R Techno Polymer Co.，Ltd.)，並且向其中進一步加入50份炭黑(Special Black 550，Degussa Huels JapanIndustries，Inc.製造)、10份氧化鎂和1份硬脂酸鈣。
除上述之外，進行與在實施例1-1中相同的步驟來生產小球。使用這些小球和在實施例1-1中製造的內層用小球，無縫管按與在實施例1-1中相同的方式形成。
實施例2-2進行與在實施例2-1中相同的步驟，除了使用80份苯乙烯類熱塑性彈性體(Dinaron 4600P，JSR Co.，Ltd.製造)和20份丙烯腈-苯乙烯共聚物樹脂(SAN-R Techno Polymer Co.，Ltd.)作為導電覆蓋部件用材料，這樣形成無縫管。
實施例2-3進行與在實施例2-1中相同的步驟，除了使用90份苯乙烯類熱塑性彈性體(Dinaron 4600P，JSR Co.，Ltd.製造)和10份丙烯腈-苯乙烯共聚物樹脂(SAN-R Techno Polymer Co.，Ltd.)作為導電覆蓋部件用材料，這樣形成無縫管。
實施例2-4進行與在實施例2-3中相同的步驟，除了使用聚(苯乙烯-丁二烯-環氧)共聚物(Epofriend A1020，Daicel ChemicalIndustries Ltd.製造)代替丙烯腈-苯乙烯共聚物樹脂作為導電覆蓋部件用材料，並且炭黑的加入量從50份改變到40份，這樣形成無縫管。
比較例2-1進行與在實施例2-2中相同的步驟，除了使用耐衝擊聚苯乙烯(HIPS 9152，PS Japan Co.，Ltd.製造)代替丙烯腈-苯乙烯共聚物樹脂作為導電覆蓋部件用材料，這樣無縫管被成型並形成。
圖1所示的充電輥具有這樣的結構彈性體層(發泡彈性體層)2由導電彈性材料製成，其形成在由良好導電的材料例如不鏽鋼(SUS)、鍍處理的鐵、黃銅和導電塑料製成的導電基體(心軸)1的外圍，並且彈性體層2的外圍進一步覆蓋有上述雙色無縫管。這裡，在本評價過程中，彈性體層的中心部分的外徑被設定為12.1mm，該值比管的內徑大1mm，這樣管被允許充分地膨脹。在圖1中，導電層(內層)3(i)代表低阻抗導電層，並且導電覆蓋層(外層)3(o)代表在本發明中的管，這樣構成根據本發明的管結構。該輥被安裝在處理盒中以執行成像。
評價通過使用上述輥而形成的圖像，評價結果顯示在表1中。在使用極性樹脂的本發明的實施例中，在圖像中沒有問題出現，但在對比例中，出現由於管的電阻升高而引起的黑色帶狀不規則性。
響應無縫管的膨脹的電阻值的變化的測定方法解釋如下上述單層無縫管附著至分別具有不同的直徑的SUS棒(φ11.0、11.2、11.4、11.6、11.8、12.0mm)，並且每個棒被放置在溫度25℃和溼度55％的環境中持續24小時。管的膨脹率分別是φ11.0mm，0％；φ11.2mm，0.9％；φ11.4mm，2.7％；φ11.6mm，4.5％；φ11.8mm，6.3％；以及φ12.0mm，8.1％。其後，具有各自不同直徑的每個SUS棒被與SUS鼓(φ30mm)接觸，並且當對以30rpm旋轉的SUS鼓施加200V的DC電壓時測定電流值。測定結果在圖2和3中顯示。此外，在直徑φ12.0mm的SUS棒上的電流值與直徑φ11.0mm的SUS棒上的電流值的比率在表2中顯示。
如圖2和3以及表2所示，在使用極性樹脂的本發明的實施例中，與膨脹有關的電阻值的改變被保持在較小程度。另一方面，在沒有使用極性樹脂的對比例中，電阻值的變化變得非常大，這被認為引起前述圖像評價中的不規則性。
表1

A沒有由於充電輥電阻的不規則性而導致的圖像不規則性B由於充電輥電阻的不規則性而導致的黑色帶狀圖像不規則性表2

權利要求
1.一種充電輥，其包含至少支撐部件和導電覆蓋部件，其中，該導電覆蓋部件由含有至少非極性樹脂或彈性體、和極性樹脂或彈性體的無縫管構成。
2.根據權利要求1所述的充電輥，其中，該非極性樹脂或彈性體是苯乙烯類熱塑性彈性體，以及該極性樹脂或彈性體是由具有極性官能團的苯乙烯共聚物構成的熱塑性樹脂或熱塑性彈性體。
3.根據權利要求1所述的充電輥，其中，非極性樹脂或彈性體與極性樹脂或彈性體之間的質量比被設定在95∶20-20∶80的範圍內。
4.根據權利要求1所述的充電輥，其中，該極性樹脂具有包含至少氮或氧的鍵。
5.根據權利要求4所述的充電輥，其中，該包含至少氮或氧的鍵包括選自於由氨基甲酸乙酯類、醯胺類、酯類、丙烯醯基類和醚類鍵所組成的集合中的至少一個鍵。
6.根據權利要求2所述的充電輥，其中，該具有極性官能團的苯乙烯共聚物的官能團是包含至少氮或氧的官能團。
7.根據權利要求6所述的充電輥，其中，該官能團包括選自於由腈基、氨基、環氧基、乙烯基、酚基、羰基和羧基所組成的集合中的至少一個基團。
8.根據權利要求1所述的充電輥，其中，該導電覆蓋部件包含炭黑。
全文摘要
公開了一種由支撐部件和導電覆蓋部件構成的接觸充電輥。該導電覆蓋部件由含有非極性樹脂或彈性體、和極性樹脂或彈性體的無縫管構成。
文檔編號G03G15/02GK1749874SQ20051010299
公開日2006年3月22日 申請日期2005年9月16日 優先權日2004年9月17日
發明者高橋宏文, 川上智哉, 奧田步, 阿邊博司 申請人:佳能化成株式會社